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Erzwungene Assoziation von Zellorganellen, die am Fettsäurestoffwechsel in Dictyostelium beteiligt sind
Obwohl noch nicht in den einschlägigen Lehrbüchern etabliert, deuten zunehmende Hinweise von derart unterschiedlichen Organismen wie Hefe und Säugetieren darauf hin, dass zelluläre Organellen mit Maschinen ausgestattet sind, die ihren engen Kontakt in der lebenden Zelle ermöglichen, obwohl noch nicht klar ist, inwieweit diese Brücken in Verwendung sind. Der erwartete Zweck dieser engen Apposition ist es, den Austausch von Stoffwechselprodukten zu erleichtern.
In der Dictyosteliumzelle fehlen noch Nachweise für Organellen-kontakte. Dennoch ist die Biosynthese und der Abbau bestimmter Stoffwechselprodukte mit dem Transfer von Zwischenprodukten von einer Organelle zur anderen verbunden. Ein besonders anschauliches Beispiel ist der Fettsäure-stoffwechsel. Aus dem umgebenden Medium wird eine Fettsäure zunächst in ein Endosom aufgenommen und dann in das endoplasmatische Retikulum übertragen, wo Ester-bindungen zu Glycerin gebildet werden. Das resultierende Fettmolekül wird in einem Lipidtröpfchen gespeichert, aber in Zeiten des Energiebedarfs werden die Fettsäuren abgespalten und im Peroxisom abgebaut.
Mit Hilfe der Molekulargenetik haben wir (d. h. hauptsächlich P. Paschke) chimäre Moleküle geschaffen, die aus einem Protein bestehen, das ein regelmäßiger Bestandteil einer Organelle ist, und einem anderen, das sich normalerweise auf der Oberfläche einer anderen Organelle befindet, sowie einem Marker zur Visualisierung der subzellulären Verteilung der Chimäre.
Im Panel A ist eine Chimäre (grün) auf Peroxisomen (rot) zu sehen, die über die gesamte Zelle verteilt sind. Nach Zugabe einer Fettsäure in das Medium (Tafel B, +3h PA) werden alle Peroxisomen (rot) beobachtet, wie sie sich in der Zelle zu einer einzigen Wolke sammeln. Der Grund für diese veränderte Verteilung liegt in der Bildung von Lipidtröpfchen (rote Punkte im Panel C, die durch den Fluoreszenzfarbstoff LD540 angefärbt werden), die sich größtenteils an der Stelle konzentrieren, an der das Hybrid (grün in C) auftritt. Zusammen illustrieren die Panels B und C, dass das Trübungssignal ein Koaggregat aus Lipidtröpfchen und Peroxisomen ist, das durch die Pex3-PlinA-Chimäre hervorgerufen wird, die durch das grün fluoreszierende Protein (GFP) sichtbar gemacht wird.
Mit ähnlichen Strategien haben wir Zellen erzeugt, die Heteroaggregate von Lipidtröpfchen mit dem endoplasmatischen Retikulum oder mit Mitochondrien bilden. Der mögliche Einfluss der Organellennähe auf den Fettsäurestoffwechsel wird derzeit untersucht.
Prof. Dr. Markus Maniak
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